DE3151226A1

DE3151226A1 - Periskop mit multimode-reflexionen

Info

Publication number: DE3151226A1
Application number: DE19813151226
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre 78450 Villepreux Herbez; Michel G. 78470 Cressely Laisney
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA; Etat Francais
Current assignee: Direction General pour lArmement DGA; Etat Francais
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1982-08-12
Also published as: FR2496905B1; FR2496905A1

Description

	Patentanwälte	3151226	Dipl.-lng.
	Dlpl.-Chem.	G. Leiser
Dipl.-lng.	Dr. G. Hauser
E. Prinz	Ernsbergerstrasse 19
	8 München 60	23. Dezember '
	-S-

L'Etat Francais

represents par Ie Delegue General

pour 1' Armenien t

14, rue Saint-Dominique

F-75997 Paris Armees

Unser Zeichen: E 1074

Periskop mit Multimode-Reflexionen

Die Erfindung betrifft ein Periskop mit Multimode-Reflexionen, insbesondere ein Periskop zum Beobachten der Umgebung aus dem Inneren eines Fahrzeugs.

Für Periskopanwendungen sind bereits Prismenkombinationen bekannt, bei denen zwei Prismen für einen optischen Weg mit zwei oder vier Reflexionen sorgen.

Periskope, die mit zwei Reflexionen arbeiten, enthalten zwei Prismen, die eine Eintrittsfläche (oder Austrittsfläche) aufweisen, die um 4 5° in bezug auf die Endfläche jedes Prismas geneigt ist. Derartige Periskope erlauben ein Beobachtungsfeld in der Größenordnung von 10° bei normalem Höhenwinkel. Der Hauptnachteil derartiger Periskope besteht darin, daß die transversale Dicke des Glases, aus dem die Prismen gebildet sind, gleich der Höhe der Öffnung des Eintrittsfenster oder größer als diese Höhe ist. Um das Beobachtungsfeld bei normalem Höhenwinkel zu vergrößern, ist es erforderlich, auch

die Höhe der Öffnung zu steigern, wodurch die transversale Dicke ebenso ansteigt. Dies führt zu schweren und voluminösen Geräten. Um diesen Mangel zu beheben, wurde bereits vorgeschlagen, den Neigungswinkel der Endflächen zu vermindern, indem Werte in der Größenordnung von 40° verwendet werden. Auf diese Weise wird die transversale Glasdicke vermindert , das Beobachtungsfeld bleibt jedoch dasselbe. Zu bemerken ist, daß bei derartigen Periskopen die Lage der die beiden Prismen trennenden Flächen zwischen Eintritts- und Austrittsfenster beliebig ist. Ferner kann der Winkel, der durch die Vorderseite und die Trennflächen der Prismen begrenzt ist, von 90° verschieden sein, sofern der Brechungsgrenzwinkel nicht überschritten wird.

In der DE-PS 27 28 34 2 ist ein Periskop mit VierfachrefIexion beschrieben, bei dem die Vorderseite des ersten Prismas und die Rückseite des zweiten Prismas verwendet werden, um zwei zusätzliche Totalreflexionen zu erhalten. Bei einer solchen Prismenkombination hat der Eintrittswinkel einen Wert von etwa 36 ; die erwarteten Vorteile bestehen in einer Verminderung der transversalen Glasdicke und einer Vergrößerung des Beobachtungsfeldes um 20° verglichen mit einem Periskop mit Zweifachreflexion und mit derselben Periskophöhe. Die Lage der Trennflächen der beiden Prismen ist durch optisch nicht ausgenutzte Zonen begrenzt. Ein derartiges Periskop wird jedoch nicht den Anforderungen gerecht, die in jüngster Zeit an militärische Geräte gestellt werden, die nämlich hoch und schmal sein müssen und wesentlich größere Beobachtungsfelder ermöglichen sollen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Periskops, das einen optischen Weg von im wesentlichen derselben Länge wie ein Periskop mit Zweifach- oder Vierfachreflexion aufweist, das jedoch ein wesentlich vergrößertes Beobachtungsfeld aufweist, wobei gleichzeitig seine transversale Glasdicke vermindert ist.

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Durch die Erfindung wird also ein Periskop mit Multimode-Reflexionen geschaffen, das zwei im wesentlichen aneinandergefügte Prismen aufweist, wovon das erste Prisma (das obere) eine Endoberfläche aufweist, die in bezug auf eine Eintrittsfläche geneigt ist, und das zweite (untere) Prisma ebenfalls eine Endfläche aufweist, die in bezug auf eine Austrittsfläche geneigt ist, wobei die Endflächen ebenso wie die Eintritts- und Austrittsflächen zueinander parallel sind, bei einem Neigungswinkel von insbesondere weniger als 4 5 , und das Persikop ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Prismen wenigstens drei optische Wege bestimmen, wovon der eine bei positiven Höhenwinkeln vier Reflexionen aufweist, ein anderer bei normalem Höhenwinkel sechs Reflexionen aufweist und der dritte bei negativen Höhenwinkeln acht Reflexionen aufweist.

Die Prismenkombination ist derart ausgebildet, daß die verschiedenen optischen Wege in dem zweiten Prisma nur zwei Reflexionen aufweisen.

Das erste Prisma enthält eine im wesentlichen trapezförmige Basis, während das zweite Prisma eine dreieckförmige Basis aufweist.

Der Neigungswinkel der Endflächen hat die Größenordnung von 25°.

Der durch die Eintrittsfläche und die Trennfläche des ersten Prismas begrenzte Winkel beträgt im wesentlichen 51°.

Ein Infrarotfilter ist entweder zwischen die Schnittflächen der zwei Prismen eingefügt oder auf dem Austrittsfenster (bzw. an dessen Stelle) angeordnet.

Bei Anwendung auf ein Bodenfahrzeug weist das Periskop eine Neigung von 10° negativer Höhenwinkel auf.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Periskops beruht auf der Tatsache, daß es Höhen für die Eintrittsfensteröffnung ermöglicht, die wesentlich größer sind als die transversale Dicke der Prismen. Die Sehverhältnisse in der Waagerechten, die direkt von der Breite der Eintrittsund Austrittsfensteröffnungen abhängig sind, bleibt jedoch gegenüber herkömmlichen Periskopen unverändert.

Bei der vorgeschlagenen neuen Prismenkombination wird die Anzahl der Wegstrecken der Lichtstrahlen vergrößert, indem praktisch die gesamte Nutzoberfläche der Vorderseite und der Rückseite der Prismen ausgenutzt wird, und zwar bis zum Eintrittsgrenzwinkel für Totalreflexion. Es wurde festgestellt, daß bei Anwendung eines bestimmten Wertes für den Neigungswinkel der Endflächen wenigstens drei Wegführungen erhalten werden, die bei Periskopen mittlerer oder großer Periskophöhe nutzbar sind, überraschend wurde gefunden, daß die drei Felder, die diesen drei Wegführungen entsprechen, einander vervollständigen und auf diese Weise dem fertigen Periskop einen erstaunlich großen Sehwinkel verleihen. Das normale Feld verschafft eine Beobachtung auf einem Höhenwinkel, der auf der Horizontalen zentriert ist, und weist sechs Reflexionen auf; das Feld bei positiven Höhenwinkeln ermöglicht eine Beobachtung nach oben und weist vier Reflexionen auf; das Feld bei negativen Höhenwinkeln ermöglicht eine Beobachtung nach unten und weist acht Reflexionen auf. Dabei ist es erforderlich, die anderen möglichen Wege zu unterdrücken, die zur Entstehung von störenden Strahlen führen, indem die Reflexionszonen durch Mattierung des nicht nutzbaren Teils begrenzt werden, und diese Zonen treten durch die abgewickelten Umrißlinien der Lichtbündel in Erscheinung.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Periskops ist die Verminderung der transversalen Glasdicke gegenüber herkömmlichen Periskopen. Die Verlängerung der Lichtwege durch den schrägen Verlauf der Lichtstrahlen wird durch diese Verminde-

rung der Dicke kompensiert. Die im Glas zurückgelegte Wegstrecke des Hauptbündels ist also vergleichbar mit der bei herkömmlichen Periskopen.

Da es sich ferner bei den zusätzlichen Reflexionen um Totalreflexionen handelt, ist die optische Transmission des erfindungsgemäßen Periskops analog der bei bekannten Periskopen,

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Infrarotfilter an den Trennflächen der beiden Prismen oder am Austrittsfenster (bzw. anstelle desselben) des Periskops angeordnet. Dieses Filter hat die Form einer Scheibe mit parallelen Flächen und schützt den Benutzer gegen Infrarotstrahlung/ insbesondere bei der Wellenlänge 1060 nm, die bei der Lasertelemetrie gewöhnlich Verwendung findet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Periskops;

Fig. 2 eine Abwicklung des in Fig. 1 gezeigten Periskops; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung von zwei bekannten Periskopen und dem erfindungsgemäßen Periskop.

Das in Fig. 1 gezeigte Periskop ist gebildet aus zwei Prismen 1, 2 mit ebenen Flächen im Inneren eines Gehäuses 3, das ein Eintrittsfenster 4 und ein Austrittsfenster 5 aufweist. Die Form und die Abmessungen dieser beiden Fenster sind passend zu Form und Größe des Eintrittsfensters 6 und des Austrittsfensters 7. Durch diese Fenster wird das Innere

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des Periskops von dem Ümgebungsmedium abgedichtet, und sie sind von den Prismen durch eine Luftschicht getrennt, die erforderlich ist, um Totalreflexion an den Flächen zu bewirken.

Das Prisma 1 weist eine Vorderfläche 8, eine Trennfläche 9, eine Rückfläche 10 und eine Endfläche 11 auf. Das Prisma 2 weist eine Endfläche 12, eine Rückfläche 13 und eine Trennfläche 14 auf. Die beiden Prismen sind aus Glas mit demselben Brechungsindex in der Größenordnung von 1,523, und sie sind getrennt durch eine Glasplatte 18, die das Infrarotfilter bildet. Die Fläche 6 ist ein Teil der Fläche 8, und die Fläche 7 ist ein Teil der Fläche 13. Die Flächen 8, 10 und 13 sind zueinander parallel, ebenso wie die Flächen 11 und 12 sowie die Flächen 9 und 14.

Die Flächen 8, 10, 13 sind natürlich poliert, um einen schrägen Strahlenverlauf durch Totalreflexion zu gewährleisten; die Endflächen 11 und 12 sind nur an den für die Lichtwege genutzten Zonen reflektierend gemacht. Die Flächen 9 und 14 sowie die Sehfenster sind poliert.

Es wurde gefunden, daß der optimale Wert des Neigungswinkels A der Endflächen 11 und 12.für eine gegebene Periskophöhe nahe bei 25° liegen muß, während die transversale Dicke beträchtlich vermindert wird. Auf diese Weise werden erhalten: ein Lichtweg 15 mit vier Reflexionen a", b", c", d" im oberen Höhenwinkelbereich; ein Lichtweg 16 mit sechs Reflexionen a¹ , b',c', d¹ , e', f für den normalen Höhenwinkel; und ein Lichtweg 17 mit acht Reflexionen a, b, c, d, e, f, g, h im negativen Höhenwinkelbereich. Wenn die obigen Bedingungen erfüllt sind, so wird gefunden, daß der zwischen der Eintrittsfläche und der Trennfläche des ersten Prismas gebildete Winkel ungefähr gleich 51° ist.

In Fig. 1 ist ferner eine besondere Ausführungsform des Einbaus des erfindungsgemäßen Periskops dargestellt. Das Periskop ist in einen Träger 13 integriert und weist eine Neigung von etwa 10° negativer Höhenwinkel auf. Auf diese Weise ist das Periskop für einen-äußeren Beobachter vollständig antireflektierend.

In Fig. 2 ist eine Abwicklung des Periskops gezeigt, wobei die überlagerung der drei Felder ersichtlich wird. Die drei Winkel B/ C, D entsprechen dem Feld für positive Höhenwinkel, für normalen Höhenwinkel bzw. für negative Höhenwinkel. Das Feld bei normalem Höhenwinkel ist bestimmt durch einen Weg mit sechs Reflexionen und spannt einen Winkel C von 29°3O' auf, der begrenzt wird durch die äußersten Wege von +13 bis -16°3O' in bezug auf die optische Achse, die als Bezugswert gewählt ist (REF 0°). Dieses Feld ist größer als bei einem herkömmlichen Periskop. Das Feld bei positiven Höhenwinkeln, das durch einen Lichtweg mit vier Reflexionen bestimmt ist, spannt einen Winkel B auf und ist begrenzt durch den Strahl 15, 15·, der sich an die einander gegenüberliegenden Ränder des Eintrittsfensters und des Austrittsfensters anlehnt. Dieser Strahl liegt bei +35°3O' vom Bezugswert. Das Feld für negative Höhenwinkel, das durch den Strahlenverlauf mit sechs Reflexionen bestimmt wird, spannt einen Winkel C auf und ist begrenzt durch den Strahl 17, 17', der dem Grenzwinkel für Totalreflexion an den polierten Flächen entspricht. Dieser Strahl liegt bei -25°3O'. Es ist ersichtlich, daß das gesamte Beobachtungsfeld einen Winkel von 61° überdeckt, mit Überlappung zwischen den verschiedenen Lichtwegen.

Um die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Periskops gegenüber herkömmlichen Periskopen zu verdeutlichen, sind in Fig. 3 das erfindungsgemäße Periskop 1, 2, ein Periskop 1¹, 2' mit Vierfachreflexion sowie ein Periskop 1", 2" mit Zweifachreflexion dargestellt. Diese drei Periskope überstreichen die Winkel G, F bzw. E, und ihre jeweiligen Dicken sind m, m¹ bzw. m". Die Periskophöhe P sowie die Höhen der Fensteröff-

nungen sind in allen drei Fällen gleich. Ebenfalls gleich
ist in allen drei Fällen das momentane Höhenwinkelfeld, das durch den Sehwinkel definiert ist, der einer Lage des Auges im Abstand von 50 mm von der Austrittsfläche entspricht.
Die Werte der verschiedenen Parameter sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

	Periskop 1,2	Periskop 1'	,2'	Periskop 1",	2"
Dicke mm:	m = 27	m¹ :		m" = 48
Gesamthöhen- winkelfeld:	G = 61°	F =		E = 28°
Neigungs winkel:	A sf 25°	A¹ -.		A" s 42°
= 35
= 28°
_S 31°

Der durch das erfindungsgemäße Periskop erzielte Gewinn hinsichtlich der transversalen Dicke beträgt 44% gegenüber dem Periskop 1", 2" und 23% gegenüber dem Periskop 1', 2".

Claims

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

23. Dezember 1981

L'Etat Francais

represents par Ie Delegue General

pour 1'Armenien t

14, rue Saint-Dominique

F-75997 Paris Armees

Unser Zeichen: E 1074

Periskop mit Multimode-Reflexionen

PATENTANSPRÜCHE

mit Multimode-Reflexionen, mit zwei im wesentlichen aneinandergefügten Prismen, von denen das erste (obere) eine Endfläche aufweist, die in bezug auf eine Eintrittsfläche geneigt ist, und das zweite (untere) ebenfalls eine Endfläche aufweist, die gegenüber einer Austrittsfläche geneigt ist, wobei die Endflächen zueinander parallel sind, ebenso wie die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche, und wobei der Neigungswinkel insbesondere kleiner ist als 4 5°, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen wenigstens drei Lichtwege bestimmen, wovon der eine bei positiven Höhenwinkeln vier Reflexionen aufweist, ein anderer bei normalem Höhenwinkel sechs Reflexionen aufweist und der dritte bei negativen Höhenwinkeln acht Reflexionen aufweist.
2. Periskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwege in dem zweiten Prisma nur zwei Reflexionen aufweisen.
3. Periskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Prisma eine im wesentlichen trapezförmige und das zweite Prisma eine dreieckförmige Basis aufweist.
4. Periskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel die Größenordnung von 25 hat.
5. Periskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Eintrittsfläche und die Trennfläche des ersten Prismas definierte Winkel im wesentlichen 51° ist.
6. Periskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Infrarotfilter zwischen den Schnittflächen der beiden Prismen bzw. am Austrittsfenster angeordnet ist.
7. Periskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Ausrüstung eines Bodenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Neigung von etwa 10° negativer Höhenwinkel aufweist.